礦山環(huán)境修復(fù)的四項(xiàng)技術(shù)
2019-01-08 上海創(chuàng)申
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礦山環(huán)境修復(fù)的四項(xiàng)技術(shù)
在自然條件下，礦山廢棄地經(jīng)過自然演替可以恢復(fù)原貌，但需要很長時(shí)間，因此，通過人工干預(yù)在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)快速恢復(fù)礦山廢棄地的生態(tài)環(huán)境顯得尤為必要。
一、基質(zhì)改良技術(shù)
恢復(fù)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能，首先要?jiǎng)?chuàng)造適合植被生長的土壤環(huán)境，土壤是植物和微生物生存的基質(zhì)，礦區(qū)土壤限制植物生長的主要因素是基質(zhì)結(jié)構(gòu)性差、營養(yǎng)成分缺失。基質(zhì)改良技術(shù)主要有表土覆蓋與回填技術(shù)、物理法與化學(xué)法基質(zhì)改良技術(shù)、生物改良技術(shù)等。
二、物理修復(fù)技術(shù)
物理修復(fù)是用物理方法（如隔離、固化、電動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)、玻璃化、熱解吸等）進(jìn)行污染土壤的治理。
隔離法主要使用各種防滲材料，如水泥、黏土、石板、塑料板等，把污染土壤就地與未污染土壤或水體分開，以減少或阻止污染物擴(kuò)散到其他土壤或水體。常用的有振動(dòng)束泥漿墻、平板墻、薄膜墻等。該方法常應(yīng)用于污染嚴(yán)重并易于擴(kuò)散且污染物又可在一段時(shí)間后分解的情況，使用范圍較為有限。研究表明，電動(dòng)力學(xué)技術(shù)可以同時(shí)去除土壤中的多種重金屬污染物，在陰極添加乙二胺四乙酸（EDTA）能提高修復(fù)過程中的電流，強(qiáng)化電動(dòng)力學(xué)修復(fù)效果。0.1mol/L的EDTA污染土壤中的總銅、總鉛和總鎘的去除率分別是90.2%、68.1%和95.1%。在對(duì)湘西花垣鉛鋅尾礦砂中鎘、鉛、鋅使用石灰和磷酸一銨等鈍化劑后，發(fā)現(xiàn)對(duì)鎘、鉛、鋅的移動(dòng)性和生物有效性有明顯的影響和固化效果。同時(shí)有研究表明，向土壤中加人不同形式的磷改良劑，能有效地將土壤中的鉛從非殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化成為殘?jiān)鼞B(tài)的形式存在，從而降低土壤中鉛的移動(dòng)性與生物有效性。
物理修復(fù)有修復(fù)效果好的優(yōu)點(diǎn)，但其修復(fù)成本高，修復(fù)后較難再農(nóng)用。因此，該方法僅適用于污染重、污染面積小的情況。
三、化學(xué)修復(fù)技術(shù)
化學(xué)修復(fù)是指通過添加各種化學(xué)物質(zhì)， 使其與土壤中的重金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而降低重金屬在土壤中的水溶性、遷移性和生物有效性。
研究發(fā)現(xiàn)，可以利用P&D技術(shù)（抽出-處理技術(shù)）處理污染淋出液，在深層土壤添加固定劑，能有效固定從耕作層淋下來的重金屬，且被固定的重金屬很少被后期的降水等再淋洗出來，能很好地控制對(duì)地下水造成的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。在云南省個(gè)舊古山選礦廠尾砂庫的研究發(fā)現(xiàn)，基于綜合毒性削減指數(shù)和經(jīng)濟(jì)成本，選擇在1:6土水比２次洗３h的技術(shù)條件下，0.1mol/L的EDTA是合適的高效淋洗劑。α-淀粉酶是較理想的重金屬絡(luò)合劑，對(duì)酸提取態(tài)、可還原態(tài)和可氧化態(tài)的重金屬有一定的去除效果。鐵鹽、亞鐵鹽、鐵氧化物等，特別是硫酸高鐵和硫酸亞鐵能夠有效降低砷的移動(dòng)性和抑制植物對(duì)砷的吸收。
四、生物修復(fù)技術(shù)
目前文獻(xiàn)報(bào)道的生物修復(fù)技術(shù)主要包括植物修復(fù)技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)、動(dòng)物修復(fù)技術(shù)、生物材料修復(fù)技術(shù)及四者之間的組合技術(shù)。此外，還包括物理、化學(xué)、生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)。
1、植物修復(fù)技術(shù)
植物修復(fù)技術(shù)是指利用植物來轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化環(huán)境介質(zhì)中有毒有害污染物，進(jìn)而使污染土壤得到修復(fù)與治理。近10年我國關(guān)于植物修復(fù)技術(shù)的成果主要表現(xiàn)在以下４個(gè)方面：
（1）修復(fù)植物物種庫不斷豐富。國內(nèi)學(xué)者不斷研究發(fā)現(xiàn)可用于修復(fù)污染土壤的植物種類，如金絲草和柳葉箬為Pb的超富集植物。將低生物量的砷超富集植物蜈蚣草植物螯合肽合成酶基因PvPCSI轉(zhuǎn)入高生物量的南芥中，構(gòu)建了能修復(fù)砷污染土壤的工程植物。利用基因工程技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶基因可以調(diào)節(jié)植物氧化應(yīng)激效應(yīng)，提尚植物對(duì)汞的富集能力。
（2）修復(fù)植物的處置技術(shù)更加環(huán)保、經(jīng)濟(jì)。利用富集植物修復(fù)污染廢棄地，當(dāng)植物生長到一定階段時(shí)，要進(jìn)行收獲，從而產(chǎn)生大量重金屬富集植物體。如果對(duì)這些植物處置不當(dāng)，可能產(chǎn)生二次污染。近年國內(nèi)學(xué)者不斷探索出更加環(huán)保、高效、經(jīng)濟(jì)的處理方法，如植物冶金法、熱液改質(zhì)法、生物解吸法等。超富集植物的“水熱液化”處理方法，并用“水熱液化”方法處理蜈蚣草、垂序商陸、東南景天莖葉收獲物，證實(shí)該方法可將絕大部分（超過95％）有害重金屬分離到水溶液中，并將超過80％的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為粗生物油，實(shí)現(xiàn)了修復(fù)植物的無公害處理和資源化利用。目前，修復(fù)植物的處置技術(shù)處于研究階段，在處置技術(shù)的工藝流程設(shè)計(jì)、處置效果和資源化利用方面還存在爭議，這在一定程度上阻礙了植物修復(fù)技術(shù)的推廣應(yīng)用。
2、微生物修復(fù)技術(shù)
微生物修復(fù)技術(shù)是利用微生物在適宜的條件下，將污染土壤中的污染物降解、轉(zhuǎn)化、吸附、淋濾除去或利用其強(qiáng)化作用修復(fù)污染土壤。近年來，菌根技術(shù)已成為污染土壤修復(fù)的研究趨勢(shì)，并取得了較好的效果。
從某礦的酸性礦井水中分離出一株嗜酸氧化亞鐵硫桿菌用于生物淋濾，在一定條件下處理15d，使污泥中Zn、Pb、Ni、Cu、Cd及Cr去除率分別達(dá)到93.56％、46.54%、85.48%、97.68%、90.64%和45.15%。利用鐵砂尾砂作為基質(zhì)接種叢枝菌根，試驗(yàn)結(jié)果表明，菌根的接種使植物地上部分磷含量增加了２倍，促進(jìn)了植物對(duì)磷的吸收。利用兩種叢枝菌根真菌進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)兩種叢枝菌根真菌均能促進(jìn)PAHs污染土壤中植物的生長和PAHs降解的能力，明顯促進(jìn)植物對(duì)尚分子量的二苯并蒽的降解。國內(nèi)學(xué)者認(rèn)為菌根真菌與超富集植物的組合在重金屬污染土壤的修復(fù)中有廣泛的應(yīng)用前景。
3、動(dòng)物修復(fù)技術(shù)
動(dòng)物修復(fù)技術(shù)是指利用土壤中的某些低等動(dòng)物（蚯蚓、線蟲、甲螨等）的直接作用或間接作用修復(fù)污染土壤。蚯蚓是最常用的土壤修復(fù)動(dòng)物，有學(xué)者對(duì)蚯蚓富集污染物的規(guī)律及污染物對(duì)蚯蚓的影響等內(nèi)容進(jìn)行相關(guān)研究，但由于土壤動(dòng)物不能像收割植物那樣輕易從土壤中移除，因此目前國內(nèi)仍鮮見利用動(dòng)物的直接作用修復(fù)污染土壤的案例，而大多數(shù)是利用土壤動(dòng)物的間接作用強(qiáng)化植物、微生物的修復(fù)效果。利用蚯蚓-甜高粱復(fù)合系統(tǒng)修復(fù)鎘污染土壤，發(fā)現(xiàn)蚯蚓可顯著提高甜高粱的生物量及其對(duì)鎘的吸收量，并使土壤有效鎘提高了9.8％。目前，動(dòng)物修復(fù)技術(shù)的研究不多，尚處于起步階段，土壤動(dòng)物更多是被用于生物指示劑污染土壤的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。
4、生物材料修復(fù)技術(shù)
研究濃度和PH值對(duì)皂角苷溶液淋洗土壤重金屬去除率的影響，發(fā)現(xiàn)增加溶液濃度和降低PH值均有利于重金屬的去除。生物螯合劑主要用于重金屬污染土壤，螯合劑和菌根真菌聯(lián)合在某些情況下可協(xié)同強(qiáng)化植物修復(fù)效果。與傳統(tǒng)化學(xué)試劑相比，生物表面活性劑和生物螯合劑在污染土壤修復(fù)中表現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)，但因其存在可能使污染物下滲污染地下水，對(duì)植物、微生物存在生物毒性，造成土壤養(yǎng)分流失等問題，且現(xiàn)階段材料制備成本高、技術(shù)不成熟，因此二者在污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用仍處于試驗(yàn)階段，如何克服二者在誘導(dǎo)污染物修復(fù)和進(jìn)行土壤淋洗中的弊端是亟待解決的重要問題。
盡管生物修復(fù)技術(shù)顯現(xiàn)出成本低、環(huán)境友好等巨大優(yōu)勢(shì)，但也存在不足之處，如植物修復(fù)速度較慢、生物很難在高度污染土壤中生存等問題。為克服上述缺點(diǎn)，國內(nèi)學(xué)者將物理、化學(xué)修復(fù)技術(shù)與生物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合修復(fù)研究，目前尚處于探索階段，但已有的研究結(jié)果表明，聯(lián)合修復(fù)技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。
5、輔助修復(fù)技術(shù)
針對(duì)礦山廢棄地的特征，除了采取上述必要的物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)外，還需要輔助一些如邊坡穩(wěn)定技術(shù)、截排水措施等，才能達(dá)到生態(tài)修復(fù)的最佳效果。
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